(57)【要約】【課題】高比屈折率差で低損失な窒素添加ガラス膜及びそれを用いた導波路の製造方法を提供することにある。【解決手段】高真空に排気されている反応室２内の上部電極１６及び下部電極１７に高周波電圧を印加すると共に、これら上部電極１６及び下部電極１７を所定温度に加熱し、反応室２内に基板４２を搬入して下部電極１７に配置し、反応室２内に、複数のアルコレート系液体ソース３，４，５が気化した原料ガスを、所定の混合比で混ぜたＮ２  ガス６及びＯ２  ガス７と共に供給し、高真空、プラズマ雰囲気下で熱分解反応を行い、基板４２の表面に窒素添加ガラス膜を形成する方法である。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高真空に排気されている反応室内の上部電極及び下部電極に高周波電圧を印加すると共に、これら上部電極及び下部電極を所定温度に加熱し、上記反応室内に基板を搬入して上記下部電極に配置し、上記反応室内に、複数のアルコレート系液体ソースが気化した原料ガスを、所定の混合比で混ぜたＮ２  ガス及びＯ２  ガスと共に供給し、高真空、プラズマ雰囲気下で熱分解反応を行い、上記基板の表面に窒素添加ガラス膜を形成することを特徴とする窒素添加ガラス膜の製造方法。
【請求項２】
高真空に排気されている反応室内の上部電極及び下部電極に高周波電圧を印加すると共に、これら上部電極及び下部電極を所定温度に加熱し、上記反応室内に基板を搬入して上記上部電極に配置し、上記反応室内に、複数のアルコレート系液体ソースが気化した原料ガスを、所定の混合比で混ぜたＮ２  ガス及びＯ２  ガスと共に供給し、高真空、プラズマ雰囲気下で熱分解反応を行い、上記基板の表面に窒素添加ガラス膜を形成することを特徴とする窒素添加ガラス膜の製造方法。
【請求項３】
上記反応室内のガス供給口に、上記基板に上記各ガスを均一に拡散するための拡散板を設けた請求項１または２記載の窒素添加ガラス膜の製造方法。
【請求項４】
上記Ｎ２  ガス及びＯ２  ガスの混合比（Ｎ２  ／Ｏ２  ）が４〜１５である請求項１〜３いずれかに記載の窒素添加ガラス膜の製造方法。
【請求項５】
上記複数のアルコレート系液体ソースは、ＳｉＯ２  にＧｅＯ２  、あるいはＳｉＯ２  にＧｅＯ２  及びＰ２  Ｏ５  とが添加される原料を用いる請求項１〜４いずれかに記載の窒素添加ガラス膜の製造方法。
【請求項６】
上記反応室に、メカニカルブースターポンプとドライポンプとを直列接続した請求項１〜５いずれかに記載の窒素添加ガラス膜の製造方法。
【請求項７】
上記メカニカルブースターポンプとして排気速度が８４００ｌ／ｍｉｎ以上のものを使用し、上記ドライポンプとして排気速度が１２００ｌ／ｍｉｎ以上のものを使用する請求項６記載の窒素添加ガラス膜の製造方法。
【請求項８】
上記基板として石英ガラス基板を用いる請求項１〜７いずれかに記載の窒素添加ガラス膜の製造方法。
【請求項９】
上記石英ガラス基板の表面に、上記石英ガラス基板との比屈折率差が−０．５％以下であり、Ｆを添加したＳｉＯ２  ガラス膜を予め形成する請求項８記載の窒素添加ガラス膜の製造方法。
【請求項１０】
上記窒素添加ガラス膜は、上記石英ガラス基板との比屈折率差が１％よりも大きい請求項８または９記載の窒素添加ガラス膜の製造方法。
【請求項１１】
請求項１〜１０いずれかに記載の製造方法を用いて、上記窒素添加ガラス膜を形成後、その窒素添加ガラス膜にフォトリソグラフィ、ドライエッチングを行って所定形状の窒素添加ガラス膜を形成し、その所定形状の窒素添加ガラス膜を低屈折率ガラス膜で覆うことを特徴とする導波路の製造方法。
【請求項１２】
上記窒素添加ガラス膜の形成後、及び上記低屈折率ガラス膜形成後に１０００℃よりも高い温度で熱処理を行う請求項１１記載の導波路の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラス膜及びそれを用いた導波路の製造方法に係り、特に、高比屈折率差で低損失な窒素添加ガラス膜及びそれを用いた導波路の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の製造方法としては、図８に示すＣＶＤ装置８１を使用し、液体ソースプラズマＣＶＤ法により、ガラス膜及びそれを用いた導波路を製造する方法がある。
【０００３】
具体的には、反応容器（反応室）８２を排気装置８３，８３で高真空に排気し、反応室８２内に所定間隔で上下に対向配置された上部電極８４及び下部電極８５に、高周波電源８６によって高周波電圧（例えば、周波数が１３．５６ＭＨｚ、出力が１ｋｗ）を印加すると共に、これら上部電極８４及び下部電極８５を所定温度（上部電極：Ｍａｘ．４００℃、下部電極：Ｍａｘ．５００℃）に加熱する。
【０００４】
この状態で下部電極８５上に石英ガラス基板８７を複数枚配置し、反応室８２内に、アルコレート系の液体ソースである［Ｓｉ（ＯＣ２  Ｈ５  ）４  ］（ＴＥＯＳ）８８、［Ｇｅ（ＯＣＨ３  ）４  ］（ＴＭＧ）８９、［Ｐ（ＯＣＨ３  ）３  ］（ＴＭＰ）９０の蒸気を、Ｏ２  ガス９１と共に、ガス供給ライン９２で混合ガス９３として反応室８２内に供給する。
【０００５】
混合ガス９３は、上部電極８４の下部に設けられた同心の多重リングからなるガス噴出用のシャワー板（シャワー電極）９４に供給され、シャワー電極９４に多数個形成された穴９５から基板８７の上面に吹き付けられる。上部電極８４の側面には、基板８７上に均一なガラス膜を形成（成膜）するための側面保護板９６が設けられる。ここでは、基板８７とシャワー板９４との距離を所定間隔ｓ８にしている。
【０００６】
このとき、高真空、プラズマ雰囲気下の反応室８３内で混合ガス９３の熱分解反応が行われることで、基板８７上にコアとなるガラス膜が形成される。さらに、このガラス膜にフォトリソグラフィ、ドライエッチングを行って所定形状のガラス膜を形成し、所定形状のガラス膜をクラッドとなる低屈折率ガラス膜で覆うと、スラブ導波路、あるいは埋め込み型導波路が得られる。
【０００７】
一方、従来の製造方法としては、ＳｉＨ４  ガスとＮＨ３  ガス、あるいはＳｉＨ４  ガスとＮ２  Ｏガスを用いたプラズマＣＶＤ法により、窒素添加ガラス膜及びそれを用いた導波路を製造する方法もある。
【０００８】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、次のものがある。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００１−３４８２３６号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の液体ソースプラズマＣＶＤ法による製造方法は、以下のような課題がある。
【００１１】
▲１▼  基板８７上に形成するガラス膜の屈折率を高くしてスラブ導波路を形成していくと、光伝搬損失が増大していく傾向を示す。例えば、波長１５５０ｎｍでの光伝搬損失を例にとると、石英ガラス基板８７との比屈折率差（Δ）が１％では０．００５ｄＢ／ｃｍ、２％では０．０１ｄＢ／ｃｍ、３％になると、０．１ｄＢ／ｃｍに増大する。この現象の一例を図９に示す。
【００１２】
▲２▼  また、Δの増大につれて、ガラス膜の屈折率偏差及び膜厚偏差も大きくなる傾向にあり、Δが３％になると、屈折率偏差が±０．６％、膜厚偏差が約±７％にもなる。すなわち、均一なガラス膜を成膜することが難しい。屈折率偏差及び膜厚偏差の増大は、波長及び位相を精確に制御した波長分割多重伝送用のフォトニック回路（フィルタ、スプリッタ、共振器など）を実現する上で所望の光学特性を得ることを困難にするので、大きな問題である。
【００１３】
▲３▼  高Δのガラス膜の成膜において、下部電極８５上に複数枚の基板８７を置いてガラス膜を成膜した場合にも、ガラス膜を成膜した各基板８７間の屈折率偏差が±０．９％、膜厚偏差が±９％程度に大きくなり、さらに問題がある。
【００１４】
▲４▼  より高Δのガラス膜を実現するためには、複数のアルコレート系液体ソースを用いる必要があるが、これらの蒸気を十分に混合、反応させて各基板８７面内及び各基板８７間で均一な組成のガラス膜を得ることは難しい。
【００１５】
一方、従来のプラズマＣＶＤ法による製造方法は、ＳｉＨ４  ガスとＮＨ３  ガス、あるいはＳｉＨ４  ガスとＮ２  Ｏガスの熱分解反応により、ガラス膜及び導波路内にＳｉ−Ｈ基やＮ−Ｈ基が混入し、これら吸収基によって吸収される光の波長が通信用の波長帯に存在するために、光伝搬損失が増大するという問題がある。これらの吸収基はなかなか除去することが困難であり、結果的にガラス膜及び導波路の低損失化を難しくしている。また、ＯＨ基も混入するので、通信用の波長帯の光伝搬損失をさらに増大させている。
【００１６】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、高比屈折率差で低損失な窒素添加ガラス膜及びそれを用いた導波路の製造方法を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、請求項１の発明は、高真空に排気されている反応室内の上部電極及び下部電極に高周波電圧を印加すると共に、これら上部電極及び下部電極を所定温度に加熱し、上記反応室内に基板を搬入して上記下部電極に配置し、上記反応室内に、複数のアルコレート系液体ソースが気化した原料ガスを、所定の混合比で混ぜたＮ２  ガス及びＯ２  ガスと共に供給し、高真空、プラズマ雰囲気下で熱分解反応を行い、上記基板の表面に窒素添加ガラス膜を形成する窒素添加ガラス膜の製造方法である。
【００１８】
請求項２の発明は、高真空に排気されている反応室内の上部電極及び下部電極に高周波電圧を印加すると共に、これら上部電極及び下部電極を所定温度に加熱し、上記反応室内に基板を搬入して上記上部電極に配置し、上記反応室内に、複数のアルコレート系液体ソースが気化した原料ガスを、所定の混合比で混ぜたＮ２  ガス及びＯ２  ガスと共に供給し、高真空、プラズマ雰囲気下で熱分解反応を行い、上記基板の表面に窒素添加ガラス膜を形成する窒素添加ガラス膜の製造方法である。
【００１９】
請求項３の発明は、上記反応室内のガス供給口に、上記基板に上記各ガスを均一に拡散するための拡散板を設けた請求項１または２記載の窒素添加ガラス膜の製造方法である。
【００２０】
請求項４の発明は、上記Ｎ２  ガス及びＯ２  ガスの混合比（Ｎ２  ／Ｏ２  ）が４〜１５である請求項１〜３いずれかに記載の窒素添加ガラス膜の製造方法である。
【００２１】
請求項５の発明は、上記複数のアルコレート系液体ソースは、ＳｉＯ２  にＧｅＯ２  、あるいはＳｉＯ２  にＧｅＯ２  及びＰ２  Ｏ５  とが添加される原料を用いる請求項１〜４いずれかに記載の窒素添加ガラス膜の製造方法である。
【００２２】
請求項６の発明は、上記反応室に、メカニカルブースターポンプとドライポンプとを直列接続した請求項１〜５いずれかに記載の窒素添加ガラス膜の製造方法である。
【００２３】
請求項７の発明は、上記メカニカルブースターポンプとして排気速度が８４００ｌ／ｍｉｎ以上のものを使用し、上記ドライポンプとして排気速度が１２００ｌ／ｍｉｎ以上のものを使用する請求項６記載の窒素添加ガラス膜の製造方法である。
【００２４】
請求項８の発明は、上記基板として石英ガラス基板を用いる請求項１〜７いずれかに記載の窒素添加ガラス膜の製造方法である。
【００２５】
請求項９の発明は、上記石英ガラス基板の表面に、上記石英ガラス基板との比屈折率差が−０．５％以下であり、Ｆを添加したＳｉＯ２  ガラス膜を予め形成する請求項８記載の窒素添加ガラス膜の製造方法である。
【００２６】
請求項１０の発明は、上記窒素添加ガラス膜は、上記石英ガラス基板との比屈折率差が１％よりも大きい請求項８または９記載の窒素添加ガラス膜の製造方法である。
【００２７】
請求項１１の発明は、請求項１〜１０いずれかに記載の製造方法を用いて、上記窒素添加ガラス膜を形成後、その窒素添加ガラス膜にフォトリソグラフィ、ドライエッチングを行って所定形状の窒素添加ガラス膜を形成し、その所定形状の窒素添加ガラス膜を低屈折率ガラス膜で覆う導波路の製造方法である。
【００２８】
請求項１２の発明は、上記窒素添加ガラス膜の形成後、及び上記低屈折率ガラス膜形成後に１０００℃よりも高い温度で熱処理を行う請求項１１記載の導波路の製造方法である。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
【００３０】
まず、本実施の形態に係る製造方法を用いて製造した導波路を図４及び図５で説明する。
【００３１】
図４に示すように、導波路４１は、石英ガラス基板４２の表面に窒素添加ガラス膜を形成し、その窒素添加ガラス膜にフォトリソグラフィ、ドライエッチングを行ってスラブ状に形成し、スラブ状に形成したコアとなる窒素添加ガラス膜４３をクラッドとなる低屈折率ガラス膜４４で覆ったものである。導波路４１は、スラブ導波路とも呼ばれる。
【００３２】
また、図５に示すように、導波路５１は、石英ガラス基板４２の表面に窒素添加ガラス膜を形成し、その窒素添加ガラス膜にフォトリソグラフィ、ドライエッチングを行ってコアとなる断面略矩形状パターン５２に形成し、そのパターン５２と基板４２の表面とを、低屈折率ガラス膜４４で覆ったものである。導波路５１は、埋め込み型導波路とも呼ばれる。
【００３３】
窒素添加ガラス膜４３、パターン５２の構成材としては、例えば、ＳｉＯ２  にＧｅＯ２  のみを添加したもの、あるいはＳｉＯ２  にＧｅＯ２  及びＰ２  Ｏ５  を添加したものを用いる。この場合、基板４２とガラス膜４３、基板４２とパターン５２との比屈折率差（Δ）が１％よりも大きくなるように、ＧｅＯ２、あるいはＧｅＯ２  及びＰ２  Ｏ５  の添加量（図１で後述する液体ソース３，４，５が気化した原料ガスの流量）を調整する。低屈折率ガラス膜４４の構成材としては、例えば、ＳｉＯ２  、あるいはＳｉＯ２  にＦを添加したものを用いる。
【００３４】
次に、本実施の形態に係る製造方法に用いるＣＶＤ製造装置を説明する。
【００３５】
図１に示すように、液体ソースプラズマＣＶＤ法により、窒素添加ガラス膜及びそれを用いた導波路を製造するＣＶＤ製造装置１は、反応容器（反応室）２と、反応室２内に、Ｓｉ系ソース３，Ｇｅ系ソース４，Ｐ系ソース５で構成される複数のアルコレート系の液体ソースが気化した原料ガスを、所定の混合比で混ぜたＮ２  ガス６及びＯ２  ガス７と共に混合ガス８として供給する供給手段９と、反応室２内に搬入される前の石英ガラス基板４２が一時収納されるクラス１００のクリーンユニット１０と、装置本体の全体を収納するクラス１００のクリーンブース１１とで主に構成される。
【００３６】
本例では、Ｓｉ系ソース３として［Ｓｉ（ＯＣ２  Ｈ５  ）４  ］（ＴＥＯＳ）を、Ｇｅ系ソース４として［Ｇｅ（ＯＣＨ３  ）４  ］（ＴＭＧ）を、Ｐ系ソース５として［Ｐ（ＯＣＨ３  ）３  ］（ＴＭＰ）を使用した。
【００３７】
供給手段９は、各ソース３，４，５をそれぞれ貯槽した各恒温槽と、図示しないＮ２  ガス供給源及びＯ２  ガス供給源と、各恒温槽と反応室２間を接続すると共にＮ２  ガス供給源及びＯ２  ガス供給源と反応室２間を接続するガス供給ライン１２とで構成される。
【００３８】
反応室２には、反応室２を高真空に排気する所定の排気速度を有する２セットの大容量排気装置１３，１３が接続される。各大容量排気装置１３は、メカニカルブースターポンプ１４とドライポンプ１５とを直列接続して構成される。メカニカルブースターポンプ１４としては、排気速度が８２００ｌ／ｍｉｎ以上のものを使用し、ドライポンプ１５としては、排気速度が１２００ｌ／ｍｉｎ以上のものを使用する。
【００３９】
反応室２内には、上部電極１６及び下部電極１７が所定間隔で上下に対向配置される。上部電極１６及び下部電極１７には、電極１６，１７間に高周波電圧を印加する高周波電源１８が接続される。また、上部電極１６及び下部電極１７には、上部電極１６及び下部電極１７を加熱・昇温する図示しない加熱手段を接続してもよい。下部電極１７上には反応室２内に搬入された基板４２が複数枚配置される。
【００４０】
反応室２内の上部電極１６の下部には、同心の多重リングからなるガス噴出用のシャワー板（シャワー電極）１９が設けられ、このシャワー板１９にガス供給ライン１２が接続される。シャワー板１９には所定ピッチで同心円状に数百個のガス噴出しノズル（直径０．４ｍｍφ）２０が形成される。上部電極１６の側面には、基板４２上に均一なガラス膜を形成するための側面保護板２１が設けられる。本例では、基板４２の表面とシャワー板１９の下面との距離を所定間隔ｓにしている。
【００４１】
ガス供給ライン１２は、反応室２内において、上部電極１６の中心部を貫通するように設けられる。ガス供給ライン１２の一端のガス供給口１２ａには、上部電極１６とシャワー板１９間に位置するように、基板４２に各ガス（混合ガス８）を均一に拡散するための拡散板２２が上部電極１６と一体に設けられる。
【００４２】
反応室２とクリーンユニット１０間には、反応室２内外への基板４２の搬入・搬出を気密に行うためのバルブやシャッターなどの開閉手段２３が設けられる。クリーンユニット１０には、クリーンユニット１０内外への基板４２の搬入・搬出を行うと共に、基板４２に洗浄ガス２４をシャワー状に吹き付けて基板４２の洗浄を行うガスシャワー室２５が設けられる。洗浄ガス２４としては、例えば、Ｎ２  ガスを使用する。また、クリーンユニット１０には、クリーンユニット１０内を加熱・昇温する加熱手段２６が設けられる。また、クリーンユニット１０には、クリーンユニット１０内を高真空に排気する図示しない排気装置を設けてもよい。
【００４３】
次に、本実施の形態に係る窒素添加ガラス膜及び導波路の製造方法を説明する。
【００４４】
まず、開閉手段２３を閉じた状態で大容量排気装置１３，１３を稼働し、反応室２内を所定の圧力（真空度）、例えば、２５〜４０Ｐａとなるように真空排気する。メカニカルブースターポンプ１４としては、排気速度が８４００ｌ／ｍｉｎ以上のものを使用し、ドライポンプ１５としては、排気速度が１２００ｌ／ｍｉｎ以上のものを使用する。
【００４５】
排気速度が８４００ｌ／ｍｉｎ以上のメカニカルブースターポンプ１４を使用し、排気速度が１２００／ｍｉｎ以上のドライポンプ１５を使用するのは、後述するように、反応室２内に原料ガスの流量より大流量のＮ２  ガス６及びＯ２  ガス７を供給するが、この際、反応室２内の真空度が低下し、窒素添加ガラス膜がポーラスなガラス膜になるのを抑えるためである。
【００４６】
反応室２内の圧力を２５〜４０Ｐａにしたのは、反応室２内の圧力が４０Ｐａより大きいと、窒素添加ガラス膜がポーラスなガラス膜になり、光伝搬損失の低損失化が難しくなるからである。また、反応室２内の圧力が２５Ｐａ未満であると、大容量排気装置１３，１３よりもさらに大容量の排気装置が必要となるため、排気装置のコストが非常に高くなると共に、Ｎ２  ガス６の使用量が増加するからである。
【００４７】
これと並行して、高周波電源１８により、電極１６，１７間に高周波電圧（例えば、周波数が１３．５６ＭＨｚ、出力が１ｋＷ）を印加すると共に、上部電極１６をＭａｘ．４００℃（例えば、３５０℃）、下部電極１７をＭａｘ．５００℃（例えば、４００℃）にまで加熱・昇温する。
【００４８】
一方、ガスシャワー室２５において各基板４２を洗浄ガス２４で洗浄し、洗浄後の各基板４２をクリーンユニット１０へ搬入し、加熱手段２６によってクリーンユニット１０内の温度を反応室２内の温度と同等（例えば、３５０〜４００℃）に加熱・昇温する。このとき、開閉手段２３を閉じた状態で図示しない排気装置を稼働し、クリーンユニット１０内の真空度が反応室２内の真空度と同等になるまで真空排気するとよい。その後、開閉手段２３を開放し、各基板４２を反応室２内へ搬入して下部電極１６上に載置し、開放手段２３を再び閉じる。
【００４９】
次に、アルコレート系の各液体ソース３，４，５が気化した蒸気からなる所定流量（数ｓｃｃｍ程度）の原料ガスを、原料ガスの流量より大流量であり、かつ所定の混合比で混ぜたＮ２  ガス６及びＯ２  ガス７と共に、ガス供給ライン１２で混合ガス８として反応室２内に供給する。
【００５０】
Ｎ２  ガス６及びＯ２  ガス７の混合比（Ｎ２  ／Ｏ２  ）は、４〜１５にする。Ｎ２  ／Ｏ２  を４〜１５にしたのは、窒素添加ガラス膜及び導波路の高Δを実現する点と、Ｓｉ基、Ｎ−Ｈ基の発生を抑えて窒素添加ガラス膜及び導波路内にＳｉ基、Ｎ−Ｈ基が混入するのを抑圧し、低損失特性を実現する点と、窒素添加ガラス膜及び導波路内へのＯＨ基の混入を抑える点とを考慮したからである。
【００５１】
すなわち、Ｏ２  ガス７の流量は、高真空、プラズマ雰囲気下において、各液体ソース３，４，５の蒸気からなる原料ガスの熱分解反応を十分に行わせ、酸素欠陥のない、かつＯＨ基の混入の少ない窒素添加ガラス膜及び導波路を実現するために、１００ｓｃｃｍ以上にする必要がある。
【００５２】
また、Ｎ２  ガス６の流量は、４００〜１５００ｓｃｃｍの範囲が好ましい。Ｎ２  ガス６の流量が４００ｓｃｃｍ未満であると、Ｎがガラス膜内に所望量だけ添加されず、高Δ化が得られなくなる。Ｎ２  ガス６の流量が１５００ｓｃｃｍを超えると、ガラス膜中の酸素欠陥をまねき易くなる。そのために、Ｎ２  ガス６の流量は、４００〜１５００ｓｃｃｍにする必要がある。
【００５３】
反応室２内に供給された混合ガス８は、拡散板２２に吹き付けられ、上部電極１６とシャワー板１９間に区画形成された空間（キャビティ）に均一に拡散されるので、シャワー板１９のガス噴出しノズル２０から均一に噴出され、各基板４２の表面に均一に拡散される。このとき、高真空、プラズマ雰囲気下の反応室２内で混合ガス８の熱分解反応が行われることで、各基板４２上に均一な組成のコアとなる窒素添加ガラス膜４３（図４参照）が形成（成膜）される。
【００５４】
ガラス膜４３を成膜した後、開閉手段２３を閉じた状態でクリーンユニット１０内の温度を反応室２内と同等にする。このとき、クリーンユニット１０内の真空度を反応室２内と同等にするとよい。この状態で開閉手段２３を開放し、各基板４２を反応室２からクリーンユニット１０へ搬出する。各基板４２の搬出後、再び開閉手段２３を閉じ、ガスシャワー室２５において各基板４２を洗浄ガス２４で洗浄し、洗浄後の各基板４２をクリーンルーム１０外へ搬出する。
【００５５】
ここで、窒素添加ガラス膜４３を成膜した各基板４２を、１０００℃よりも高い温度で熱処理してもよい。その後、ガラス膜４３にフォトリソグラフィ、ドライエッチングを行って所定形状のガラス膜を形成し、所定形状のガラス膜をクラッドとなる低屈折率ガラス膜４４（図４及び図５参照）で覆うと、スラブ導波路４１、あるいは埋め込み型導波路５１が得られる。さらに、スラブ導波路４１、あるいは埋め込み型導波路５１を、１０００℃よりも高い温度で熱処理してもよい。
【００５６】
低屈折率ガラス膜４４は、例えば、再び装置１を使用し、反応室２内に液体ソース３が気化した原料ガスとＯ２  ガス７とを供給することで、ガラス膜４３と同様にして形成できる。
【００５７】
次に、以上のようにして製造したスラブ導波路４１の特性を測定した。以下の説明では、主にスラブ導波路４１について説明するが、埋め込み型導波路についても同様である。
【００５８】
図２は、Ｎ２  ／Ｏ２  を様々に変えて製造したスラブ導波路４１の比屈折率差とＮ２  ／Ｏ２  との関係を、横軸をＮ２  ／Ｏ２  にとり、縦軸を比屈折率差Δ（％）にとって示した図である。
【００５９】
製造条件は、高周波電源１８の出力を６００Ｗに保ち、上部電極１６及び下部電極１７をそれぞれ３５０℃及び４００℃に加熱し、メカニカルブースターポンプ１４の排気速度を８４００ｌ／ｍｉｎ、ドライポンプ１５の排気速度を１２００ｌ／ｍｉｎ、反応室２内の圧力を３５Ｐａとした。ガラス膜４３の組成は、Ｎを添加したＳｉＯ２  −ＧｅＯ２  −Ｐ２  Ｏ５  ガラス膜である。ただし、Ｎ２  ／Ｏ２  が０の場合は、基板４２上にＮが添加されていないＳｉＯ２  −ＧｅＯ２  −Ｐ２  Ｏ５  ガラス膜が形成される。
【００６０】
ＴＥＯＳ３，ＴＭＧ４，ＴＭＰ５の蒸気の流量を、それぞれ６，０．８，０．８ｓｃｃｍとして製造したスラブ導波路４１の測定結果を図２では実線で示し、ＴＥＯＳ３，ＴＭＧ４，ＴＭＰ５の蒸気の流量を、それぞれ６，１．８，０．８ｓｃｃｍとして製造したスラブ導波路４１の測定結果を図２では点線で示した。
【００６１】
図２に示すように、Ｎ２  ／Ｏ２  が大きくなるにつれてＳｉＯ２  −ＧｅＯ２  −Ｐ２  Ｏ５  ガラス膜内にＮが多く添加され、スラブ導波路４１のΔが大きくなることがわかる。スラブ導波路４１のΔは、Ｎが添加されない場合に比して最大で約２．５倍も大きくすることができた。また、Ｎ２  ／Ｏ２  を４〜１５にすれば、スラブ導波路４１のΔの値は２〜３．５％程度を得ることができた。
【００６２】
従来の製造方法では、石英ガラス基板上にＳｉＯ２  −ＧｅＯ２  −Ｐ２  Ｏ５  ガラス膜を形成してΔが３％程度のスラブ導波路を実現しようとすると、ＧｅＯ２  の添加量を２０ｍｏｌ％以上添加しなければならない。このようにＧｅＯ２  を高濃度に添加すると、石英ガラス基板とＳｉＯ２  −ＧｅＯ２  −Ｐ２  Ｏ５  ガラス膜との熱膨張係数や軟化温度のミスマッチングが大きくなり、石英ガラス基板が応力によって反りを生じたり、光学的には偏光依存性を生じたりするなどの問題を起こす。
【００６３】
これに対し、本実施の形態に係る製造方法で製造したスラブ導波路４１は、Ｎが添加されているので、図２の実線と点線を比較すればわかるように、ＧｅＯ２  の添加量（ＴＭＧ４の流量）を少なくしても高Δになり、従来のような問題が起きにくい。また、石英ガラス基板が応力によって反りを生じにくいために、導波路の表面を平坦に保つことができ、その上面や端面に半導体レーザーや受光素子を高寸法精度で実装することができる。Ｐ２  Ｏ５  の添加量を少なくしても、同様の作用効果が得られる。
【００６４】
続いて、スラブ導波路４１の損失特性を測定した。
【００６５】
図３は、Ｎ２  ／Ｏ２  を様々に変えて製造したスラブ導波路４１の光伝搬損失及び比屈折率差とＮ２  ／Ｏ２  との関係を、横軸をＮ２  ／Ｏ２  にとり、左縦軸を比屈折率差Δ（％）にとり、右縦軸を光伝搬損失（ｄＢ／ｃｍ）にとって示した図である。測定は、波長１５５０ｎｍ、ＴＥモードで行った。図３中の点線が光伝搬損失とＮ２  ／Ｏ２  との関係を示し、図中の実線がΔとＮ２  ／Ｏ２  との関係を示す。
【００６６】
測定したスラブ導波路４１は、ＴＥＯＳ３，ＴＭＧ４，ＴＭＰ５の蒸気の流量を、それぞれ６，０．８，０．８ｓｃｃｍとして製造したものであり、その他の製造条件は図２の場合と同じである。ガラス膜４３の厚さは約５μｍであり、ガラス膜４３の組成は、Ｎを添加したＳｉＯ２  −ＧｅＯ２  −Ｐ２  Ｏ５  ガラス膜である。
【００６７】
図３に示すように、Ｎ２  ／Ｏ２  を増大していくと、スラブ導波路４１のΔを大きくすることができ、しかも光伝搬損失がそれほど増えないことがわかる。すなわち、スラブ導波路４１は、Δが３％近い値で光伝搬損失が０．０１ｄＢ／ｃｍ程度の低損失値であり、従来の製造方法で製造したスラブ導波路の損失値（Δ３％で０．１ｄＢ／ｃｍ）よりも十分に低い損失であった。
【００６８】
次に、窒素添加ガラス膜４３の屈折率特性及び膜厚特性を測定した。
【００６９】
屈折率特性及び膜厚特性を測定しやすくするために、石英ガラス基板４２の代わりに、直径４インチのＳｉ基板を３枚使用し、上述した製造方法により、これら３枚のＳｉ基板上に窒素添加ガラス膜４３を形成した。その結果、ガラス膜４３の屈折率偏差は±０．０１％、膜厚偏差は±１．４％であった。また、ガラス膜４３を成膜した各Ｓｉ基板間の屈折率偏差は±０．０２％、膜厚偏差は±２．１％であり、従来（ガラス膜を成膜した各基板間の屈折率偏差が±０．９％、膜厚偏差が±９％程度）に比し、大幅に改善することができた。
【００７０】
また、ガラス膜４３の中のパーティクル（不純物粒子）数（サイズが１〜３μｍのパーティクル数：３個、サイズが３〜５μｍのパーティクル数：２個、サイズが５μｍ以上のパーティクル数：２個）も、従来のパーティクル数（３２個）の半分以下に低減することができた。
【００７１】
このように、本実施の形態に係る製造方法によれば、反応室２内に、複数のアルコレート系液体ソース３，４，５が気化した原料ガスを、原料ガスの流量より大流量であり、かつ所定の混合比で混ぜたＮ２  ガス６及びＯ２  ガス７と共に、混合ガス８として供給し、高真空、プラズマ雰囲気下で熱分解反応を行うことで、Ｓｉ−Ｈ基やＮ−Ｈ基、ＯＨ基の混入が極めて少ない窒素添加ガラス膜４３及びそれを用いた導波路４１，５１を容易に製造できる。
【００７２】
特に、Ｎ２  ガス６及びＯ２  ガス７の混合比（Ｎ２  ／Ｏ２  ）を４〜１５としているので、高比屈折率差（高Δ）で低損失なガラス膜４３及び導波路４１，５１を製造できる。また、ガラス膜４３及び導波路４１，５１の屈折率及び膜厚の均一化を達成できる。
【００７３】
本実施の形態では、拡散板２２により、反応室２内に供給された混合ガス８が基板４２の表面に均一に拡散されるので、ガラス膜４３及び導波路４１，５１の屈折率及び膜厚のさらなる均一化を達成できる。
【００７４】
反応室２内に大流量のＮ２  ガス６を流すと、ドライポンプ１５の寿命を大幅に延ばすこともできる。従来、ドライポンプ１５は、液体ソース３，４，５等の排気ガスでモータや回転部分などが腐食したり、各部品内に高分子等の排気物が付着して目づまりなどを起こして６ヶ月程度で故障を生じたり、寿命がきたりしていたが、本実施の形態では、大流量のＮ２  ガス６で各部品が保護されるので、これら各部品の故障を減らし、ドライポンプ１５の寿命を大幅に長くできる。
【００７５】
また、反応室２内に大流量のＮ２  ガス６及びＯ２  ガス７を流すと、ガス噴出しノズル２０がパーティクルによる目づまりを起こすことがなくなり、その結果、再現性よくガラス膜４３を形成でき、かつガス噴出しノズル２０へのパーティクルの付着を抑えることができる。
【００７６】
大流量のＮ２  ガス６及びＯ２  ガス７を所定の真空度に保った状態で排気するためには、大容量排気及びパージ用ガスを使用しないと、反応室２内を所定の圧力に保って窒素添加ガラス膜を成膜できない。
【００７７】
本実施の形態では、メカニカルブースターポンプ１４とドライポンプ１５を直列接続し、さらにメカニカルブースターポンプ１４の排気速度を８４００ｌ／ｍｉｎ以上とし、ドライポンプ１５の排気速度を１２００／ｍｉｎ以上としているので、反応室２内を所定の高い真空度に保持して緻密なガラス膜４３及び導波路４１，５１を形成できる。また、大流量のＮ２  ガス６及びＯ２  ガス７を流しつつ、大容量排気装置（メカニカルブースターポンプ１４及びドライポンプ１５）１３で排気するので、ガラス膜４３及び導波路４１，５１にパーティクルが混入しにくく、低損失なガラス膜４３及び導波路４１，５１を製造できる。
【００７８】
導波路４１，５１は、ガラス膜４３の石英ガラス基板４２との比屈折率差が１％よりも大きいので、これを用いて作製した導波路型光部品の超小型化が可能となる。
【００７９】
さらに、窒素添加ガラス膜４３を成膜した基板４２、及び導波路４１，５１を１０００℃よりも高い温度で熱処理すれば、より一層の低損失なガラス膜４３及び導波路４１，５１を製造できる。しかも、ガラス膜４３及び導波路４１，５１内には窒素が添加されているので、高温度で熱処理しても基板４２の反りを小さく抑えることができる。
【００８０】
特に、埋め込み型導波路５１は、スラブ導波路４１に比べて光の閉じ込め効果が高いので、超低損失化、超高Δ化、超小型化を図ることができ、それを用いた光部品に応用できる。
【００８１】
第二の実施の形態を説明する。
【００８２】
図６に示すように、ＣＶＤ装置６１は、反応室２内において、ガス供給ライン１２を下部電極１７の中心部を貫通するように設け、下部電極１７とシャワー板１９間に位置するように、拡散板２２を下部電極１７と一体に設けたものである。装置６１のその他の構成は、図１の装置１と同じである。
【００８３】
この装置６１を用いて図４及び図５のガラス膜４３及び導波路４１，５１を製造するには、上部電極１６の下面に基板４２を複数枚貼り付けるなどして載置する他は、上述した製造方法と同様にすればよい。
【００８４】
装置６１を使用すれば、基板４２が反応室２内の上方に載置されているので、ガラス膜４３内にパーティクルが混入しにくく、装置１を使用するのに比べれば、パーティクルが少なくて欠陥がより少ない一層低損失なガラス膜４３及び導波路４１，５１を製造できる。
【００８５】
第三の実施の形態を説明する。
【００８６】
図７に示すように、ＣＶＤ装置７１は、反応室２の近傍に基板４２を一時収納する予備室７２を設け、その予備室７２に予備室７２内を高真空に排気する排気装置（例えば、ドライポンプ）７３を設けたものである。予備室７２と反応室２間は連通部７４で連通され、連通部７４には連通部７４を気密に開閉するための開閉手段２３が設けられる。予備室７２内には、予備室７２内を加熱・昇温する図示しない加熱手段を設けてもよい。
【００８７】
装置７１には、予備室７２外から、ガスシャワー室２５、予備室７２、連通部７４、反応室２までの基板４２の搬送を行う搬送機構７５が設けられる。装置７１のその他の構成は、図１の装置１と同じである。
【００８８】
この装置７１を用いて図４及び図５のガラス膜４３及び導波路４１，５１を製造するには、予備室７２から反応室２への基板４２の搬入の際、あるいは反応室２から予備室７２への基板４２の搬出の際、排気装置７３により、予備室７２の真空度を反応室２の真空度と同等にすればよい。その他の製造方法は、上述した製造方法と同様にする。
【００８９】
装置７１を使用すれば、反応室２への基板４２の出し入れを高真空に保持して行えるので、装置１を使用するのに比べれば、より低損失なガラス膜４３及び導波路４１，５１を製造でき、生産性を高めることができる。
【００９０】
上記実施の形態では、基板４２の表面にガラス膜４３を形成する例で説明したが、基板４２の表面に、基板４２との比屈折率差が−０．５％であり、Ｆを添加したＳｉＯ２  ガラス膜（ＳｉＯ２  ガラス膜より低屈折率のガラス膜）を予め形成してもよい。
【００９１】
Ｆを添加したＳｉＯ２  ガラス膜は、例えば、ガラス膜４３を形成する前の工程において、図１の装置１を使用し、反応室２内に、液体ソース３が気化したガス及びＣ２  Ｆ６  ガスからなる原料ガスと、Ｏ２  ガス７とを供給することで形成できる。ガラス膜４３を形成する前の工程において、装置１と同様の装置を使用して形成してもよい。
【００９２】
これにより、Ｆが添加されたＳｉＯ２  ガラス膜の表面に形成されるガラス膜４３や、ガラス膜４３の表面に形成される低屈折率ガラス膜４４の低屈折率制御用添加物、例えば、ＧｅＯ２  やＰ２  Ｏ５  の添加量をさらに一層減らすことができる。したがって、基板４２、ガラス膜４３及び低屈折率ガラス膜４４の熱膨張係数や軟化温度のミスマッチングを小さくすることができる。
【００９３】
石英ガラス基板４２の表面に窒素添加ガラス膜４３を形成する代わりに、窒素を添加したＳｉＯ２  に、Ｇｅ、Ｐ、Ｔｉ、Ｂ、Ｆ、Ｔａ、Ｓｎなどのドーパントを少なくとも一種添加した窒素添加ガラス膜を形成してもよい。また、窒素を添加したＳｉＯ２  に希土類元素を少なくとも１種添加した窒素添加ガラス膜や、窒素を添加したＳｉＯ２  に金属材料や半導体材料を添加した窒素添加ガラス膜を形成してもよい。
【００９４】
基板としては、石英ガラス基板４２を用いた例で説明したが、多成分系ガラス基板、半導体基板（例えば、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＰなど）、強誘電体基板、磁性材料基板等を用いることができる。この場合、これらの基板の表面には、成膜したいガラス膜よりも屈折率が低いガラス膜（例えば、上述のＦを添加したＳｉＯ２  ガラス膜）を予め形成しておけばよい。
【００９５】
また、高周波電源１８の周波数は、１３．５６ＭＨｚに限定されず、それよりもさらに高い、例えば、マイクロ波の周波数（例えば、２．４ＧＨｚ）でもよい。
【００９６】
上部電極１６及び下部電極１７の加熱温度は、１００〜８００℃の範囲であればよい。上部電極１６及び下部電極１７の加熱方法は、抵抗加熱以外に、赤外線加熱でもよい。
【００９７】
大容量排気装置１３，１３は２セットに限定されず、２セットより多くてもよい。
【００９８】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、本発明によれば、高比屈折率差で低損失な窒素添加ガラス膜及びそれを用いた導波路を製造できるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る製造方法に用いるＣＶＤ製造装置の一例を示す概略図である。
【図２】本実施の形態に係る製造方法で製造したスラブ導波路の比屈折率差とＮ２  ／Ｏ２  との関係を示す図である。
【図３】本実施の形態に係る製造方法で製造したスラブ導波路の光伝搬損失及び比屈折率差とＮ２  ／Ｏ２  との関係を示す図である。
【図４】本実施の形態に係る製造方法で製造したスラブ導波路の断面図である。
【図５】本実施の形態に係る製造方法で製造した埋め込み型導波路の断面図である。
【図６】本実施の形態に係る製造方法に用いるプラズマＣＶＤ製造装置の一例を示す概略図である。
【図７】本実施の形態に係る製造方法に用いるプラズマＣＶＤ製造装置の一例を示す概略図である。
【図８】従来の製造方法に用いるＣＶＤ製造装置を示す概略図である。
【図９】従来の製造方法で製造したスラブ導波路及び埋め込み型導波路の損失特性を示す図である。
【符号の説明】
１  ＣＶＤ装置
２  反応室
３，４，５  アルコレート系液体ソース
６  Ｎ２  ガス
７  Ｏ２  ガス
１６  上部電極
１７  下部電極
１８  高周波電源
２２  拡散板
４２  石英ガラス（基板）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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